Turbina de disco solar con CAES para suministrar CSP a escala de servicio público (termosolar)

  • CSP Today se pone al día con Jim Kesseli, presidente de Brayton Energy LLC, sobre el prototipo de turbinas que funcionan con discos solares y están siendo fabricadas en Phoenix, Arizona.

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En los Estados Unidos, el volumen total de proyectos solares y eólicos que están actualmente desarrollándose ha desencadenado un renovado interés en el almacenamiento de grandes cantidades de energía mediante aire comprimido (CAES, por sus siglas en inglés).

Básicamente, el CAES hace posible el almacenamiento de la energía suministrada durante las horas de menor carga y que puede descargarse en los momentos de máxima demanda. Así, se resuelven los problemas de intermitencia que afectan actualmente a las energías renovables.

El concepto de CAES es sencillo: la energía producida en una central energética o mediante una fuente de energía renovable en las horas de menos consumo se usa para poner en marcha los comprensores que bombean aire a los depósitos de almacenamiento o a las cuevas subterráneas donde se almacena a alta presión. Cuando se necesita electricidad, el aire se expande a través de las turbinas para generar energía.

Aunque este tipo de almacenamiento no es una novedad, un sistema CAES en Alemania y una planta CAES de Alabama Electric Cooperative situada en los EEUU han estado en funcionamiento durante más de 15 años, ha habido poca inversión hasta la fecha en estos sistemas de almacenamiento de grandes cantidades de energía debido a los obstáculos que presentan la selección del emplazamiento y el proceso de permisos. Pero eso está a punto de cambiar.

Una parte significante de los EEUU recae en un tipo de geología que se presta en sí misma para el almacenamiento de energía mediante aire comprimido. “El potencial de otras geologías para CAES, incluyendo la formación de rocas porosas, también se está explorando”, señala Jim Kesseli, presidente del desarrollador de tecnologías de energía renovable Brayton Energy LLC.

Así que parece probable que la CAES gane terreno en los próximos años. En los Estados Unidos, durante la primera mitad de 2010, PG&E, General Compression, First Energy Generation, and New York State Electric & Gas anunciaron cuatro nuevos proyectos de almacenamiento de energía mediante aire comprimido.

CAES para CSP

Un conjunto de suministradores de tecnología renovable han estado trabajando durante varios años en proyectos que combinan la CAES y la energía renovable.

Brayton Energy LLC, con sede en Arizona, es uno de los que está apoyando el desarrollo de un sistema de almacenamiento de aire comprimido híbrido disco-Brayton (turbina) con su socio y dueño del proyecto SolarCAT Inc.

El sistema SCI (SolarCAT Inc) presenta de un modelo de negocios ordenado: compra energía barata a las instalaciones durante las horas de menor carga (cerca de 4c/kw), que se usa para poner en funcionamiento un compresor que almacena aire comprimido en una cámara (una cueva de sal subterránea, abundantes en la región).

Durante el día, el aire se transfiere desde el compresor/sistema de almacenamiento hasta una red de discos parabólicos de 320m², donde cerca de 230 kW de energía de concentración solar calientan el aire comprimido en el receptor solar.

El aire expandido conduce un turbo-alternador y genera así energía que luego se revende a la instalación durante los momentos de carga punta a un precio superior.

La idea es tener cada comprensor central/sistema de almacenamiento abasteciendo a cerca de 30 discos. “Cuando el [almacenamiento de energía mediante aire comprimido y el disco solar-turbina] funcionan de manera conjunta la eficacia general solar-a-eléctrica es de alrededor de un 30%", indica Kesseli. El objetivo final es lograr un 40% de eficacia.

El diseño de enfriamiento de aire del turbo-alternador proporciona una velocidad variable para una alta eficacia de carga parcial, mientras su diseño híbrido significa que puede ser complementado con combustible fósil para que se amolde con la demanda que tienen las instalaciones para una generación energética sólida.

“El sistema es particularmente bueno para las áreas con problemas de ajuste de cargas, como en el suroeste de los EEUU, donde hay un gran excedente de energía por las noches”, explica Kesseli. El requisito de cero agua del ciclo de motor de Brayton también hace que el sistema sea una buena elección para las regiones con escasez de agua.

Brayton Energy está desarrollando de manera simultánea para SolarCAT un sistema de turbina-disco solar autónomo, que usa el mismo disco y componentes, pero sin el CAES (esencialmente un receptor solar y una microturbina construida como tal). La compañía también está trabajando de manera conjunta con SolarCAT en el desarrollo de un recipiente de almacenamiento artificial, que se espera que funcione con los desarrolladores CAES existentes.

Según el último informe de revisión por pares de la compañía para el Departamento de energía de los EEUU, tanto el sistema independiente como el de almacenamiento muestran el potencial de producir energía competitiva con las centrales energéticas de combustible fósil actuales.

Logística, “todo funciona bien”

El lugar para instalar la muestra comercial de la turbina-disco solar fue seleccionado según varios factores clave, su proximidad a las formaciones geológicas subterráneas ideales para el almacenamiento de energía comprimida, con suficiente superficie para acoger tanto el proyecto como una planta de producción.

A principios de este año, los socios de Brayton Energy, que son SolarCAT y Soutwest Solar, consiguieron 300 acres de tierra adyacente a una caverna de sal existente (en la cima del domo de sal Luke) en el mercado metropolitano Phoenix. El lugar es adecuado para instalar un sistema de generación de 100 MWe (pico), mientras las cuevas de sal adyacentes pueden suministrar aproximadamente 1GWh de capacidad de almacenamiento energético.

Según Kesseli, la idea de construir una planta de producción in-situ sirve para “evitar los gastos asociados con la reubicación de ingeniería y reunir a los técnicos con el servicio técnico y personal de apoyo”. También afirma que la dificultad de lanzar un nuevo producto recae en la débil red de servicios, que puede tener impacto en las cuentas anuales del programa.

"Con la oportunidad de construir 500 unidades en una zona, los técnicos que usamos para fabricar las unidades están disponibles para el servicio, mantenimiento y supervisión de dichas unidades".

Mientras que es poco probable que los futuros proyectos disfruten del beneficio económico de la fabricación in-situ, Kesseli señala que la tecnología seguramente habrá madurado hasta el punto de que los costes de los componentes habrán disminuido.

Retrasos en los proyectos

El objetivo inicial del proyecto, que está parcialmente financiado por una subvención de US$2.3 millones del Departamento de energía de los Estados Unidos aprobada en 2008, era repartir energía a un precio de 7.5 a 10 c/kWh.

Aunque la fecha de finalización del proyecto estaba establecida para diciembre de 2010, se ha estado retrasando por las pruebas de los discos, que ha pospuesto sucesivamente las pruebas en el receptor y la unidad de conversión de energía (PCU, por sus siglas en inglés).

Brayton Energy LLC está produciendo el receptor híbrido, turbina y alternador, mientras su socio, SolarCAT Inc, está desarrollando la tecnología de discos y el posible emplazamiento.

“La mayor parte del próximo año se pasará probando e introduciendo nuevos componentes para los sistemas alfa y beta. Así que ahora miramos hacia 2013 para la producción”, afirma Kesseli.

http://es.csptoday.com

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